调兵山市区煤气管网的优化设计与施工

王 博

（铁法煤业（集团）有限责任公司煤层气开发利用分公司， 辽宁 铁岭 112700）

1 调兵山市区煤层气用户现有的供气方式及现状

1.1 储气罐静压供气方式

低压湿式螺旋储气罐是最简单常见的一种气柜，通常用于煤气贮存。从结构特点来看，低压湿式气柜属于可变容积金属柜，它由水封槽和钟罩两部分组成。钟罩没有底，是可以上下活动的圆筒形容器，贮气量大时，钟罩可以由单层改成多层套筒式，各节之间以水封环形槽密封。寒冷地区为防冬季水封槽结冰，需用蒸汽加热水槽中的水。储气罐静压供气方式主要依靠储气罐自然压力直接供应给燃气用户，优点为供气压力较为均衡、压降较小，缺点为只适用于燃气用户较少地区的小范围供气。

1.2 机械动压供气方式

机械动压供气方式是采用储气罐储存燃气，开启罗茨鼓风机加压的供气方式。罗茨鼓风机属固定容积式风机，叶轮端面、风机前后端盖。这种鼓风机是利用两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机，具有结构简单，维护方便的特点，适用于低压力场合的气体输送和加压系统。

1.3 现采用的供气方式

目前公司采用的是静压、动压联合供气方式，即用气高峰时采取罗茨鼓风机加压方式供气，平时与谷时采取储气罐自然压力方式供气。

2 管网优化设计与改造

2.1 低压管线的设计与布置

煤层气公司中心站施荒地所1 号风机室内原有2 台60 m3/min 罗茨鼓风机，使用方式为1 台开启1台备用，早、中、晚供气高峰时段开机进行加压供气。鼓风机室内空间有限，无法满足《GB 50028—2006城镇燃气设计规范》[1]中调压器的安装空间、尺寸、使用标准要求，因此，需将其中一台60 m3/min 罗茨鼓风机机组和混凝土基础全部拆除，重新敷设配套管线及其附属设施，管线的设计、施工严格按各项标准执行。根据计算的管道流量和科学确定的允许阻力损失[2-4]，将原总出气管线管径由Φ250 mm 更换为Φ400 mm，风机室内新敷设的主管线管径增至Φ400 mm，以保证改造后的供气质量和效率。

根据调兵山市区住宅煤气用量情况（表1）、市区住宅流量计统计情况（表2）的数据统计和相关公式，计算得出市区燃气管道的最大用气量为3 193 m3/h，惠安小区末端用户的管道允许阻力损失为2.4 kPa。

表1 煤层气公司2019 年调兵山市区住宅煤气用量表万m3

表2 煤层气公司2019 年1 月27 日调兵山市区住宅流量计统计表m3

2.2 中压燃气管线的设计与施工

罗茨鼓风机室内燃气管线有罗茨鼓风机进、出气管线，调兵山、新区、裕安小区供气管线，均为低压供气管线（P＜0.01 MPa），室内无中压管线，需从室外接引新的中压燃气管线。厂区西院墙外通往南岭小区的中压供气管线（0.2 MPa）与罗茨鼓风机室距离最近，适合作为该项目的中压取气点。新敷设埋地聚乙烯管材(Φ200 mm），并严格执行各项施工标准。

2.3 燃气调压器的安装

安装3 台燃气调压器，其中1 号和2 号为RTZ系列的DN150 调压器，设为常用，3 号RTJ 系列的DN150 调压器设为备用。

将RTZ 系列的DN150 调压器供气压力设定为500 mmH2O，切断阀的压力设定为峰时罗茨鼓风机加压时的最大供气压力（12 kPa），这样可以实现峰时罗茨风机加压时，调压器不运行，切断阀也不动作；罗茨鼓风机停机时，调压器马上投入运行，解决了峰时和平时交接时间段压力过低的问题。

安装RTJ-150/1.6ZA 调压器可节省备用供电系统投资，如遇到停电无法开启罗茨鼓风机进行加压时，可将调压器出口压力调高到满足用户需求的压力值，以保证下游用户煤气正常使用。

3 改造后的供气方式

改造后的供气系统如图1 所示。

图1 改造后供气系统示意图

3.1 常规供气方式

平时、谷时非供气高峰时段采取运行中压燃气1 号、2 号调压器，峰时开启罗茨鼓风机加压的供气方式。操作流程：平时、谷时运行中压调压器→关闭3 号燃气调压器进口阀门→开启中压管线调压器总进口阀门（DN200mm 球阀）→开启1 号、2 号调压器进口、出口控制阀门→燃气调压器投入运行，出口压力为500 mmH2O→关闭60 风机总进口阀门→关闭压力调节阀门（原有闸板阀）。

高峰时段开启罗茨鼓风机加压，操作流程：关闭1 号燃气调压器回压管阀门→开启100 风机时关闭60 风机总进口阀门、开60 风机时开启60 风机总进口阀门→开启压力调节阀门（原有闸板阀）→启动罗茨鼓风机水泵，正常开启风机→观察U 型压力计，使用压力调节阀（原有闸板阀）将出口压力调整至7 kPa→根据调度指令调整出口压力。

停机恢复调压器运行，操作流程：运转工观测并确认住宅线出口压力等于5 kPa→开启压力调节阀门（原有闸板阀）→停止罗茨鼓风机运行→1 号、2 号燃气调压器投入运行，出口压力5 kPa（确认有气流过气声音）→关闭压力调节阀门（原有闸板阀）→关闭60 风机总进口阀门→开启1 号燃气调压器回压管阀门。

3.2 非常规供气方式

非常规供气方式指供电线路出现停电时应急供气方式。在高峰供气时段，当施荒地所供电线路因停电故障或设备检修等原因导致停电时，无法开启罗茨鼓风机向住宅区送气，需立即启用3 号备用调压器进行供气。操作流程：关闭1 号燃气调压器回压管阀门→打开3 号燃气调压器进口阀门→打开3 号燃气调压器出口阀门→观察3 号调压器出口压力表，出口压力为12 kPa，根据压力要求控制3 号燃气调压器出口阀门，调整出口压力，运转人员现场应严格监测供气压力并及时做出调整，以保证住宅供气安全→运转工观测并确认出口压力等于5 kPa→关闭3 号燃气调压器出口阀门→关闭3 号燃气调压器进口阀门→开启1 号燃气调压器回压管阀门→恢复1号、2 号燃气调压器常规供气方式。

4 实施效果

4.1 技术效果

改造完成后，通过燃气调压器将中压气源供给住宅煤气用户，改造前平谷时段供气首端压力为3kPa，改造后平谷时段供气首端压力为5 kPa，供气质量显著提升，全天供气压力更加平稳，波动较小，住宅供气管线末端供气压力更加充足。

中压燃气调压器供气改造前后效果对比情况如表3、图2 及图3 所示。

图2 改造前后首端出口压力曲线图

图3 改造前后末端用户使用压力曲线图

表3 中压燃气调压器供气改造前后效果对比表 kPa

4.2 经济效益

4.2.1 减少罗茨鼓风机开机时间的经济效益

原供气方式早、中、晚间用气高峰时段末端供气压力不足2 kPa，必须开启罗茨鼓风机进行加压供气，每天最少开机3 次，年开机时间约为3 800 h。

新改造项目投入使用后，平时、谷时通过1 号、2号燃气调压器将压力调整为5 kPa 供给燃气用户使用。高峰用气时段按照原运行方式开启罗茨鼓风机加压供气，年开机时间为1 095 h，较改造前减少开机时间2 705 h，每年节约电费31 万多元。

4.2.2 不设置双回路供电系统的经济效益

根据《GB 50028—2006 城镇燃气设计规范》、《GB 50052—2009 供配电系统设计规范》[5]，要求城市燃气供应系统设置双回路供电，而目前施荒地所只有机厂24 号一条供电线路，当该供电线路出现停电时，无法开启罗茨鼓风机向住宅区送气，单独靠1万m3储气罐的供气压力无法满足市区居民的日常用气。3 号RTJDN150 型燃气调压器的投入使用，保证了下游煤气用户正常使用，并节省了约100 万元的双电源安装采购费用。

5 应用前景

对住宅区供气系统进行改造后，提高了调兵山市区供气质量，解决了调兵山市区自1998 年大规模利用煤矿瓦斯以来不能为用户提供稳定供气压力的技术难题，实现了市区供气质量的阶段性飞跃和历史性突破；改造后的供气压力大大提升，解决了部分商业用户因为供气压力低而放弃使用的问题；开机时间的减少，实现了节能提效的目的。此外，管网的优化、调压和计量设备的投入使用，提高了公司机械化、自动化、信息化和智能化水平，为抓增收、促节支、降成本、强安全的生产理念实施奠定了坚实基础，对全国煤层气企业联合供气方式有很好的推广作用。